牽引電動(dòng)機(jī)火花防治蔣瑋琪

1、題目題目：牽引電動(dòng)機(jī)火花防治牽引電動(dòng)機(jī)火花防治摘摘 要要牽引電動(dòng)機(jī)作為電力機(jī)車主要電氣設(shè)備之一，其質(zhì)量的好壞對(duì)機(jī)車整體質(zhì)量起著至關(guān)重要的影響。雖然近年來，在制造廠家與各科研部門的共同努力下，牽引電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)質(zhì)量得以不斷提高。但牽引電動(dòng)機(jī)在某些惡劣條件下運(yùn)行時(shí)，在換向器表面正、負(fù)電刷之間可能出現(xiàn)強(qiáng)烈的環(huán)行電弧而發(fā)生短路，同時(shí)伴有閃光與巨響產(chǎn)生火花，這種現(xiàn)象稱為環(huán)火。環(huán)火不僅嚴(yán)重影響列車安全正常運(yùn)行，而且每年給鐵路運(yùn)輸造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。本文在參考了大量國(guó)內(nèi)外的研究文獻(xiàn)資料和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，針對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)環(huán)火的故障進(jìn)行了分析，討論了產(chǎn)生環(huán)火故障的原因，指出在運(yùn)用、保養(yǎng)、檢修中存在的問題，并提出預(yù)防措施

2、。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 牽引電機(jī)；環(huán)火；電刷；故障；火花防治目目 錄錄摘摘 要要.2引引 言言.4一一 牽引電機(jī)環(huán)火的危害牽引電機(jī)環(huán)火的危害.51.1 牽引電機(jī)概述 .61.2 環(huán)火的定義 .81.3 環(huán)火的危害 .101.4 當(dāng)前的國(guó)內(nèi)對(duì)牽引電機(jī)環(huán)火的研究現(xiàn)狀 .10二二 牽引電機(jī)環(huán)火的原因分析牽引電機(jī)環(huán)火的原因分析.132.1 環(huán)火產(chǎn)生原因具體分析.13二、火花發(fā)展成環(huán)火的原因二、火花發(fā)展成環(huán)火的原因.141)原始火花發(fā)展成環(huán)火.142)電位火花發(fā)展成環(huán)火.142.2 環(huán)火產(chǎn)生的具體案例分析.15三牽引電機(jī)環(huán)火的防護(hù)措施分析三牽引電機(jī)環(huán)火的防護(hù)措施分析.183.1 減少原始火花或化學(xué)火花.183

3、.2 減少電樞電流 .193.3 改善電位特性或減小片間電壓 .20結(jié)束語結(jié)束語.21參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).22引 言1821 年英國(guó)科學(xué)家法拉第首先證明可以把電力轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并最先制成了電動(dòng)機(jī)。牽引電動(dòng)機(jī)是在機(jī)車或動(dòng)車上用于驅(qū)動(dòng)一根或幾根動(dòng)輪軸的電動(dòng)機(jī)。牽引電動(dòng)機(jī)有多種類型，如直流牽引電動(dòng)機(jī)、交流異步牽引電動(dòng)機(jī)和交流同步牽引電動(dòng)機(jī)等。直流牽引電動(dòng)機(jī)，尤其是直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)有較好調(diào)速性能和工作特性，適應(yīng)機(jī)車牽引特性的需要，獲得廣泛應(yīng)用。牽引電動(dòng)機(jī)的工作原理與一般直流電動(dòng)機(jī)相同，但有特殊的工作條件：空間尺寸受到軌距和動(dòng)輪直徑的限制；在機(jī)車運(yùn)行通過軌縫和道岔時(shí)要承受相當(dāng)大的沖擊振動(dòng)；大、小齒輪嚙合不良

4、時(shí)電樞上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；在惡劣環(huán)境中運(yùn)用,雨、雪、灰沙容易侵入等。環(huán)火是指沿電機(jī)換向器表面正、負(fù)電刷間形成的一股強(qiáng)烈的環(huán)行短路電弧，同時(shí)伴有強(qiáng)烈的電弧閃光和巨響。這種現(xiàn)象俗稱“放炮” 。環(huán)火發(fā)生時(shí)，電機(jī)內(nèi)部電樞元件和換向片被電弧短路，繞組內(nèi)流過很大的短路電流，這會(huì)燒傷換向器表面和電刷，甚至造成電樞繞組燒毀，定子主、附極繞組因空氣被電弧電離，易發(fā)生接地及短路，也會(huì)受到不同程度的損害，電機(jī)環(huán)火一般會(huì)造成電機(jī)落修，由此可見，環(huán)火是牽引電機(jī)最嚴(yán)重的故障之一。環(huán)火故障不僅嚴(yán)重影響檢修停時(shí)，浪費(fèi)大量人力物力，而且增加材料消耗，加大了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，分析故障產(chǎn)生的原因，探求行之有效的防治措施勢(shì)在必

5、行。一 牽引電機(jī)環(huán)火的危害1.11.1 牽引電機(jī)概述牽引電機(jī)概述牽引電動(dòng)機(jī)是電力機(jī)車的重要部件之一，它安裝在轉(zhuǎn)向架上，通過傳動(dòng)裝置與輪對(duì)相連。車在牽引狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過輪對(duì)與鋼軌產(chǎn)生牽引力，并對(duì)輪對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)車運(yùn)行。當(dāng)機(jī)車在電制動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，通過輪對(duì)與鋼軌產(chǎn)生制動(dòng)力。牽引電動(dòng)機(jī)的工作條件十分惡劣，主要表現(xiàn)在：1) 工作環(huán)境惡劣2) 負(fù)載變化頻繁3) 空間限制4) 動(dòng)力作用大脈流牽引電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通直流電機(jī)基本相同，主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子的作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)、提供磁路和作為牽引電動(dòng)機(jī)的機(jī)械支撐，由機(jī)座、主磁

6、極、換向極、端蓋和軸承等部件組成；轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組和換向器等部件組成。轉(zhuǎn)子又成為電樞，通過電樞軸承與定于保持相對(duì)位置，使兩者之間有一個(gè)間隙，稱為空氣院。此外，脈流牽引電動(dòng)機(jī)還有一套電刷裝置，電刷和換向器接觸，以實(shí)現(xiàn)電樞電路與外電路的連接。脈流牽引電動(dòng)機(jī)由于發(fā)熱嚴(yán)重，換向困難，所以它的某些部件具有特殊的結(jié)構(gòu)型式。圖 2 所示為電力機(jī)車采用的脈流牽引電動(dòng)機(jī)的縱、橫剖面示意圖。圖 2 牽引電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（a）縱剖面圖;（b）橫剖面圖.1-電樞；2-油杯；3-刷架圈定位裝置；4-油管夾；5-前端蓋蓋板；6-排油管；7-前端蓋；8-軸承；

7、9-前端軸承蓋；10-前端外蓋；11-封環(huán)；12-電樞支架；13-螺栓；14-彈簧墊圈；15-螺栓；16-彈性墊圈；17-螺栓；18-刷架裝置；19-螺栓；20-彈簧墊圈；21-定子裝配；22-后端蓋網(wǎng)孔蓋板；23-預(yù)成型后支架絕緣；24-后端蓋；25-電樞支架；26-后端內(nèi)軸承蓋；27-封環(huán)；28-擋板；29-螺栓；30-止動(dòng)墊圈；31-后端軸承蓋；32-上抱軸瓦；33-下抱軸瓦；34-上觀察孔蓋；35-刷握裝置；36-補(bǔ)償繞組；37-軸；38-開口銷；39-主極一體化裝配；40-出線盒；41-接線板；42-絕緣板；43-螺栓；44-彈簧墊圈；45-油箱；46-鍵；47-換向極一體化裝配；4

8、8-下觀察孔蓋；49-吊桿座；A-F 級(jí)填充泥或硅橡膠密封膠。脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向器端裝有電刷裝置將電樞繞組與外電路連接起來。電刷裝置由電刷、刷握、刷握架、刷桿和刷架圈等組成，電刷裝置的結(jié)構(gòu)和電刷的性能對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)換向性能影響很大，為了保證良好的換向效果，電刷裝置應(yīng)滿足以下要求：(1)電刷應(yīng)有良好的集流性能和換向能力。(2)刷握在換向器軸向、徑向和切線方向位置都能調(diào)節(jié)。軸向調(diào)節(jié)是為了保證電刷處在換向器中央部位；徑向調(diào)節(jié)是為了保證刷盒底面與換向器表面的距離；圓周方向調(diào)節(jié)是為了保證電刷準(zhǔn)確地處在主極中心線上。(3)電刷和換向器工作表面應(yīng)保持緊密和可靠的接觸，電刷壓力穩(wěn)定并保持均勻不變。(4)電刷裝

9、置應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，并能承受振動(dòng)和沖擊。(5)刷桿等絕緣零件應(yīng)有較高的介電強(qiáng)度，不因受潮、受污而造成閃絡(luò)或飛弧故障。1.21.2 環(huán)火的定義環(huán)火的定義牽引電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱電動(dòng)機(jī))在某些惡劣條件下運(yùn)行時(shí)，在換向器表面正、負(fù)電刷之間可能出現(xiàn)強(qiáng)烈的環(huán)行電弧而發(fā)生短路，同時(shí)伴有閃光與巨響，這種現(xiàn)象稱為環(huán)火(俗稱“放炮”)。直流電機(jī)運(yùn)行過程中，電刷下往往有火花產(chǎn)生，火花產(chǎn)生的原因十分復(fù)雜，它除了與換向過程中的元件電流變化有直接關(guān)系外，還與機(jī)械方面，使用維護(hù)狀態(tài)、電刷材質(zhì)性能以及外界環(huán)境條件有很大關(guān)系。電刷下的火花是有害的，但同時(shí)也是無法避免的，少量微弱的火花危害不大，是允許的，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

10、中把火花分為五個(gè)等級(jí)，并規(guī)定電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)火花不應(yīng)超過 2 級(jí)，火花等級(jí)如下表所示。當(dāng)火花強(qiáng)烈時(shí)，即俗稱“環(huán)火” 。環(huán)火對(duì)換向器、電刷危害很大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤щ娝⒓皳Q向器表面，使電機(jī)不能運(yùn)行。表 1 火花等級(jí)火花等級(jí)電刷下火花程度換向器及電刷的狀態(tài)1無火花2電刷邊緣僅小部分有微弱的火花，或有微弱放電性小火花換向器上沒有黑痕，電刷上沒有灼傷3電刷邊緣全部或大部分有較強(qiáng)烈的火花換向器上有黑痕出現(xiàn)，用汽油擦不去，同時(shí)電刷上有灼痕，如短時(shí)間出現(xiàn)這一級(jí)火花，換向器上不會(huì)出現(xiàn)灼痕，電刷也不會(huì)灼焦或損壞4電刷整個(gè)邊緣有強(qiáng)烈的火花，同時(shí)有火花飛出換向器上的黑痕相當(dāng)嚴(yán)重，用汽油擦不去，同時(shí)電刷上有灼痕，如果在

11、這一等級(jí)下運(yùn)行，換向器上將出現(xiàn)灼痕，同時(shí)電刷也被灼焦或損壞1.31.3 環(huán)火的危害環(huán)火的危害強(qiáng)烈的電弧不僅會(huì)灼傷換向器表面和電刷，對(duì)電機(jī)具有很大的破壞性，而且可能造成以下危害：1)電弧由換向器表面飛向器前壓圈、轉(zhuǎn)軸、刷架圈、磁極鐵心或機(jī)座，造成電動(dòng)機(jī)接地；2)環(huán)火時(shí)電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)工況轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)工況運(yùn)行，電流經(jīng)電弧直接流入勵(lì)磁繞組，使勵(lì)磁電流迅速增大，反電動(dòng)勢(shì)猛增，從而在電樞繞組中產(chǎn)生巨大的反向短路電流，不僅可能將電樞繞組燒斷，造成“掃膛” ，還會(huì)產(chǎn)生巨大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)機(jī)車產(chǎn)生制動(dòng)作用，影響列車的正常運(yùn)行。列車的巨大慣性還會(huì)造成動(dòng)輪踏面和鋼軌的嚴(yán)重擦傷。環(huán)火不僅嚴(yán)重影響列車安全正常運(yùn)行，而且每年

12、給鐵路運(yùn)輸造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。多年來，盡管各修理廠或運(yùn)用段對(duì)電動(dòng)機(jī)環(huán)火非常重視，并采取了一些措施，但環(huán)火仍然是危害機(jī)車安全運(yùn)行的主要故障之一。因此，對(duì)產(chǎn)生環(huán)火的原因進(jìn)行分析，找出診治環(huán)火頑疾的良方，具有重要意義。2005 年 1 月至 2006 年 1 月全年沈陽站車務(wù)段發(fā)生牽引電動(dòng)機(jī)故障 58件，其中牽引電動(dòng)機(jī)環(huán)火 30 件，約占 52%，在各型故障中發(fā)生頻率最高，嚴(yán)重危及行車安全。1.41.4 當(dāng)前的國(guó)內(nèi)對(duì)牽引電機(jī)環(huán)火的研究現(xiàn)狀當(dāng)前的國(guó)內(nèi)對(duì)牽引電機(jī)環(huán)火的研究現(xiàn)狀幾年來，盡管各修理工廠或運(yùn)用段對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)環(huán)火高度重視，并采取了相應(yīng)的措施，但是環(huán)火仍然是危害內(nèi)燃機(jī)車安全運(yùn)行的主要故障之一。沈陽鐵

13、路局薛家配件廠電機(jī)大修廠調(diào)查的結(jié)果就表明了這一點(diǎn)。表 2 2001-2002 年沈陽鐵路局薛家配件廠電機(jī)發(fā)生環(huán)火統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表電機(jī)型號(hào)環(huán)火電機(jī)（臺(tái)）入廠電機(jī)(臺(tái))環(huán)火比例(%)ZQDR-41023590725.9ZQDR-410C29294230.9ZD109B3418018.9ZD1064821022.4環(huán)火是電力傳動(dòng)機(jī)車運(yùn)行中牽引電機(jī)的一種特殊故障, 也是使各機(jī)務(wù)段運(yùn)轉(zhuǎn)、保養(yǎng)人員頭痛的問題。經(jīng)過二、三十年的研究, 國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者們普遍認(rèn)為牽引電機(jī)產(chǎn)生環(huán)火有兩種原因：由于牽引電機(jī)換向條件急劇惡化，在碳刷的后刷邊產(chǎn)生強(qiáng)烈的原始電孤而引起環(huán)火；由相鄰換向片間導(dǎo)電橋形成的原始電弧引起環(huán)火。但是上述兩

14、種原因中究竟哪一種是主要的原因在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中, 應(yīng)當(dāng)注意哪些問題, 才能盡量減少牽引電機(jī)的環(huán)火?這些問題的答案卻并不十分明確。在牽引電機(jī)運(yùn)行實(shí)踐中, 的確有一些特殊的現(xiàn)象, 因而促使各國(guó)的有關(guān)研究人員從五十年代開始又對(duì)這些間題進(jìn)行研究。這些特殊現(xiàn)象是有的牽引電動(dòng)機(jī)在反饋試驗(yàn)臺(tái)上試驗(yàn)時(shí), 碳刷下并沒有火花, 但卻經(jīng)常突然發(fā)生環(huán)火。在發(fā)生環(huán)火前沒有任何預(yù)兆。運(yùn)轉(zhuǎn)部門可以根據(jù)故障牽引電機(jī)換向片尖端存在細(xì)小的銅瘤來判斷此牽引電機(jī)發(fā)生過環(huán)火。但這類電機(jī)碳刷后刷邊通常并沒有明顯的電弧燒傷痕跡。蘇聯(lián)曾做過一個(gè)試驗(yàn), 他們用一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)作為他勵(lì)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行, 并且把此電機(jī)上所有碳刷都抬起。碳刷根本不接觸換

15、向器表面, 當(dāng)然就不存在什么換向問題, 更不會(huì)產(chǎn)生碳刷下的原始電弧。在空載情況下加大勵(lì)磁電流, 使電樞電勢(shì)逐步增大。當(dāng)電勢(shì)加大到約為額定值的) 倍時(shí), 這臺(tái)空載發(fā)電機(jī)的換向器上竟然也發(fā)生環(huán)火。有的牽引電動(dòng)機(jī)曾在試驗(yàn)臺(tái)上人為地短接附加極繞組, 使碳刷后刷邊產(chǎn)生持續(xù)而強(qiáng)烈的火花, 但這種電機(jī)并沒有發(fā)生環(huán)火?；谝陨线@些特殊現(xiàn)象, 研究者們?cè)俅巫⒁鈸Q向片間導(dǎo)電橋的燃燒問題，并認(rèn)為這可能是引起牽引電機(jī)環(huán)火的主要原因二 牽引電機(jī)環(huán)火的原因分析2.12.1 環(huán)火產(chǎn)生原因具體分析環(huán)火產(chǎn)生原因具體分析電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于電磁、機(jī)械或化學(xué)方面的原因，在電刷下可能產(chǎn)生原始火花，當(dāng)換向器片間電壓過高時(shí)，可能產(chǎn)生電位火

16、花。隨著換向器的高速旋轉(zhuǎn)，這些火花會(huì)形成小的電弧。如果這些電弧被機(jī)械地拉長(zhǎng)，使正、負(fù)電刷短路，環(huán)火就產(chǎn)生了。由此可知，環(huán)火的產(chǎn)生必須滿足兩個(gè)條件：第一，必須有火花產(chǎn)生；第二，火花被機(jī)械地拉長(zhǎng)變成電弧，使正、負(fù)電刷短路，最終發(fā)展成環(huán)火。一、產(chǎn)生火花的原因電動(dòng)機(jī)的換向問題十分復(fù)雜，產(chǎn)生原始火花的原因也是多種多樣。通過不斷初中和分析研究，到目前為止，將產(chǎn)生原始火花的原因歸納為 3 個(gè)方面，即電磁原因、機(jī)械原因和化學(xué)原因。它們分別產(chǎn)生電磁火花、機(jī)械火花和化學(xué)火花。電磁火花：對(duì)直流牽引電動(dòng)機(jī)來說，換向元件中的合成電勢(shì)等于換向電勢(shì)減去電抗虬勢(shì)和電樞反應(yīng)電勢(shì)之和的差值，當(dāng)過分延遲換向時(shí)，該合面電勢(shì)遠(yuǎn)小于零，

17、由此在換向元件中產(chǎn)生一個(gè)很大的、與電樞電流同方向的附加電流，使電流改變方向的時(shí)刻延遲。在換向結(jié)束的瞬間，該附加電流以電磁能的形式釋放出來，從而在電刷下產(chǎn)生電磁火花。對(duì)脈流研究牽引電動(dòng)機(jī)來說，在換向過程中，換向元件中除了存在直流牽引電動(dòng)機(jī)同樣的換向電勢(shì)、電抗電勢(shì)和電樞反應(yīng)電勢(shì)外，還存在由于交流分量引起的交流電抗電勢(shì)、交流換向電勢(shì)和變壓器電勢(shì)，它們?cè)趽Q向元件中形成直流合成電勢(shì)和交流合成電勢(shì)。過大的合成電勢(shì)導(dǎo)致在電刷下產(chǎn)生電磁火花。機(jī)械火花：機(jī)械火花產(chǎn)生的原因主要為換向器及電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部分有缺陷，如個(gè)別換向片或云母片凸出；換向器偏心、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好；換向器表面污染，有毛刺、斑痕或拉傷溝紋；換向器工作表

18、面變形等。電刷裝置有缺陷，如電刷接觸面研磨得不光滑、接觸不良或局部接觸；電刷與刷盒之間的間隙不合適，造成電刷跳動(dòng)、傾斜或卡死；電刷壓力不恰當(dāng)；刷握裝置不穩(wěn)固，造成刷握位置偏離；刷架圈的定位不準(zhǔn)確或安裝不牢固等?；瘜W(xué)火花：電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行后，在換向器表面會(huì)形成一層很薄的薄膜，包括一層金屬氧化膜和一層碳膜。正常的薄膜不僅能改善換向，還可以起到潤(rùn)滑作用。但不正常的薄膜，如黑片、條紋和溝槽、電刷軌道、銅毛刺等，將導(dǎo)致化學(xué)火花的產(chǎn)生。實(shí)際上也可以將化學(xué)火花歸類于機(jī)械火花。電位火花：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電刷磨損而產(chǎn)生的碳粉或電刷碎片，換向器因磨損而產(chǎn)生的銅粉以及其他導(dǎo)電灰塵會(huì)積聚在換向片間的溝槽中，這些可導(dǎo)電物質(zhì)

19、在換向片形成導(dǎo)電橋。當(dāng)片間電壓過高時(shí)，此導(dǎo)電橋中的導(dǎo)電物質(zhì)燃燒形成電位火花。二、火花發(fā)展成環(huán)火的原因1)1)原始火花發(fā)展成環(huán)火原始火花發(fā)展成環(huán)火當(dāng)換向器旋轉(zhuǎn)時(shí)，火花變成小的電弧。當(dāng)原始火花較大時(shí)，隨著換向器的旋轉(zhuǎn)，原始火花被機(jī)械地拉長(zhǎng)，從而在電刷與換向器間形成電弧。該電弧能否拉長(zhǎng)至使正、負(fù)電刷短路的程度，取決于電弧本身的能量及換向器上的電位分布。當(dāng)流過電弧的電流足夠大或電位特性曲線過陡時(shí)，就有可能達(dá)到產(chǎn)生環(huán)火的條件。由此可知，流過電弧的電流足夠大或電位特性曲線過陡是原始火花發(fā)展成環(huán)火的主要原因。2)2)電位火花發(fā)展成環(huán)火電位火花發(fā)展成環(huán)火當(dāng)片間電壓足夠大時(shí)，導(dǎo)電橋中的導(dǎo)電物質(zhì)燃燒后，產(chǎn)生片間電

20、弧。片間電弧使周圍空氣電離，當(dāng)換向器旋轉(zhuǎn)時(shí)，該電弧隨換向器一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并且由于電弧形成的氣體內(nèi)壓力及作用在電弧上的電動(dòng)力使電弧拉長(zhǎng)。當(dāng)電弧向前擴(kuò)展時(shí)，它遺留下來的離化氣體是導(dǎo)電的，因而，電弧不斷伸長(zhǎng)，以至形成環(huán)火。所以，片間電壓過大是電位火花發(fā)展成環(huán)火的主要原因。2.22.2 環(huán)火產(chǎn)生的具體案例分析環(huán)火產(chǎn)生的具體案例分析電機(jī)環(huán)火發(fā)生后，從換向器的具體特征來看，一般是產(chǎn)生有規(guī)則黑片或無規(guī)則黑片，比較嚴(yán)重的則出現(xiàn)溝痕、換向片凸片甚至電樞過熱等現(xiàn)象。有規(guī)則黑片的產(chǎn)生是由于電機(jī)換向困難造成，歸結(jié)為結(jié)構(gòu)性能原因。其他現(xiàn)象的原因產(chǎn)生因素很多，諸如電刷與刷握的原因、電機(jī)空轉(zhuǎn)、電機(jī)日常保養(yǎng)不當(dāng)?shù)?。下表是某車?wù)段

21、 1 年來發(fā)生的牽引電機(jī)“環(huán)火”故障及發(fā)生的原因：發(fā)生原因總計(jì)發(fā)生件數(shù)電機(jī)結(jié)構(gòu)性能刷擺及碳刷原因電機(jī)空轉(zhuǎn)日常保養(yǎng)不當(dāng)3031449比例10%47%13%30%牽引電動(dòng)機(jī)環(huán)火的產(chǎn)生大致可分為 4 種原因，現(xiàn)結(jié)合電機(jī)故障實(shí)例對(duì)各種原因進(jìn)行分析：電機(jī)的結(jié)構(gòu)性能影響產(chǎn)生有規(guī)則黑片從由結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的故障實(shí)例分析，最為常見的是按電樞槽節(jié)距分布的黑片，每隔三片發(fā)黑一片或每隔一片發(fā)黑三片。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理為：當(dāng)電樞反應(yīng)的電抗電勢(shì)大于或小于換向元件的換向電勢(shì)時(shí)，形成延時(shí)或加速換向，因?yàn)殡姍C(jī)每槽有數(shù)個(gè)線槽元件，在同一個(gè)槽內(nèi)同時(shí)換向的數(shù)個(gè)元件中頭一個(gè)結(jié)束換向的元件其短路電流的剩余磁場(chǎng)的能量大部分可以被仍在進(jìn)行換向

22、過程的第二個(gè)元件吸收，依次類推，第 n 個(gè)換向元件在換向結(jié)束時(shí)，則沒有此條件而必須以火花的形式釋放出來，根據(jù)換向不良的嚴(yán)重程度，就會(huì)產(chǎn)生每隔三片或者一片出現(xiàn)黑片的有規(guī)則現(xiàn)象。這種情況運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，則黑痕會(huì)擴(kuò)大至換向器整個(gè)表面。具體導(dǎo)致?lián)Q向不良的原因有：換向極某一線圈出現(xiàn)匝間短路。東風(fēng)型 1681、0334 兩臺(tái)機(jī)車電機(jī)發(fā)生環(huán)火后，測(cè)量換向極阻值分別為 0.0043 和 0.0041(正常值為0.00520.0062)，后通過更換出現(xiàn)匝間短路線圈，電機(jī)裝車后使用正常。換向極第二氣隙片墊錯(cuò)。6210 機(jī)車第三電機(jī)換向極線圈接地，更換線圈時(shí)，由于少墊一黃銅片，致使第二氣隙值不正確，電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后

23、發(fā)生環(huán)火。其他如電刷位置不在中性線上、換向極裝配對(duì)不同心度偏差太大等也能造成電機(jī)環(huán)火的發(fā)生，但由于此種問題極少發(fā)生，本文不再一一獒述。電刷與刷握引起的環(huán)火此種原因造成的環(huán)火最多，也最為常見。當(dāng)由于電刷及刷握的原因?qū)е码娝⑴c換向器接觸不良或不穩(wěn)定時(shí)，就會(huì)在電刷接觸面上產(chǎn)生大火花從而導(dǎo)致黑痕。具體分析如下：刷握壓指彈簧出現(xiàn)永久變形或斷簧，導(dǎo)致壓力不夠，在運(yùn)行線路沖擊或告訴的情況下，會(huì)產(chǎn)生很大振動(dòng)，使電刷頻繁跳離換向器表面而產(chǎn)生火花。尤其當(dāng)電動(dòng)機(jī)的刷握彈簧為拉簧時(shí)，彈簧折斷后，很容易脫落掉在換向器表面，嚴(yán)重拉傷換向器。此種原因的環(huán)火發(fā)生比較頻繁，應(yīng)重點(diǎn)防治并科學(xué)改進(jìn)。電刷與刷盒的間隙不合要求電刷在刷

24、盒中上下移動(dòng)不靈活或太緊，使電刷與換向器接觸不良。反之，電刷在刷盒內(nèi)配合太松，使電刷傾斜，從而引起電刷接觸不良和接觸面積大大減少，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大的火花而出現(xiàn)黑痕。電刷高度已超過極限值，使刷握壓指壓不到電刷或電刷壓力下降很多。而且當(dāng)電刷最后露出埋入刷體中的銅線，與換向器表面發(fā)生直接磨損就會(huì)迅速破壞氧化膜和磨損整流子而發(fā)生事故。刷握緊固螺栓螺母松動(dòng)刷盒底面與換向器表面距離過大。使用不合適的電刷，使電刷無法適應(yīng)電機(jī)運(yùn)行工況而形成不了良好的氧化膜。在同一臺(tái)電機(jī)上同時(shí)使用不同牌號(hào)的電刷，由于電刷性能差異比較大，使電流分布不均勻。而且同一刷盒使用不同高度的電刷，也會(huì)由于壓指壓力相差很大造成接觸電阻不同

25、而影響電流的均勻分布，都可能造成電機(jī)環(huán)火的發(fā)生。電機(jī)空轉(zhuǎn)的影響如果電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速超過允許的最高轉(zhuǎn)速，由于離心力增加，可能會(huì)使換向器變形凸片，使換向惡化。同時(shí)由于轉(zhuǎn)速過高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電樞無緯帶崩裂而造成電樞繞組掃膛導(dǎo)致電機(jī)損壞。具體案例有：當(dāng)機(jī)車運(yùn)行于長(zhǎng)大坡道，在坡道上途?；蜻M(jìn)站停車再啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)后電流時(shí)常在 4000A 左右，并且在長(zhǎng)時(shí)間低速大電流運(yùn)行，很容易造成電機(jī)空轉(zhuǎn)；當(dāng)在雨、霜、雪等惡劣天氣條件下行車，如果乘務(wù)員不能正確操縱，提前撒砂。造成輪對(duì)空轉(zhuǎn)，電機(jī)環(huán)火放炮的紀(jì)律就會(huì)大大增加。由于各種原因，電機(jī)主動(dòng)齒輪與電樞軸脫離，電機(jī)得電運(yùn)行時(shí)，失去負(fù)載，轉(zhuǎn)速飛速上升，造成電機(jī)環(huán)火的發(fā)生。例如某

26、車段機(jī)車由于第 2 齒輪箱漏油嚴(yán)重，乘務(wù)員未及時(shí)補(bǔ)充油脂，致使電機(jī)主動(dòng)齒輪與輪對(duì)齒輪干磨，電機(jī)主動(dòng)齒輪過熱脫落，造成電機(jī)環(huán)火。日常保養(yǎng)不當(dāng)牽引電動(dòng)機(jī)進(jìn)油也能造成電機(jī)環(huán)火。電機(jī)進(jìn)油后，整流子表面的油污會(huì)使碳刷接觸不良，從而造成環(huán)火。從某些發(fā)生電機(jī)進(jìn)油故障的案例中來看，大多是由電機(jī)通風(fēng)道進(jìn)入的。由于電機(jī)風(fēng)道通風(fēng)口設(shè)在車上電氣室的冷卻室，當(dāng)啟動(dòng)變速箱或靜液壓系統(tǒng)管路出現(xiàn)漏油、滲油現(xiàn)象，滲出的油未及時(shí)清除，被前后通風(fēng)機(jī)吸入電機(jī)內(nèi)造成環(huán)火。當(dāng)電機(jī)在較大電流情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，而由于通風(fēng)量不足，電機(jī)散熱不良時(shí)，會(huì)使換向器局部過熱而引起換向片局部凸片現(xiàn)象，使換向惡化。具體案例有：機(jī)車后通風(fēng)機(jī)尼龍繩斷裂，未及時(shí)

27、更換，造成后臺(tái)車三臺(tái)電機(jī)都發(fā)生不同成都的環(huán)火。三牽引電機(jī)環(huán)火的防護(hù)措施分析通過上述分析可知，產(chǎn)生環(huán)火的因素主要有原始火花或化學(xué)火花的產(chǎn)生、流過電弧的電流過大、電位特性曲線過陡或換向片片間電壓過高 3 個(gè)方面。因此，要防止環(huán)火的產(chǎn)生，就必須從上述 3 個(gè)方面想辦法。3.13.1 減少原始火花或化學(xué)火花減少原始火花或化學(xué)火花(1)提高電動(dòng)機(jī)制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量。無論是電動(dòng)機(jī)制造質(zhì)量，還是裝配質(zhì)量，都要符合設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格控制質(zhì)量關(guān)。從減水原始火花或化學(xué)火花方面來講，尤其要提高轉(zhuǎn)子、電刷裝置和換向器的制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量。(2)要綜合采用改善換向的措施。電磁火花的原始火花中最主要部分，也是最大的火花。減水

28、電磁火花的方法又稱改善換向。在這方面的研究較多，技術(shù)也比較成熟。對(duì)直流牽引電動(dòng)機(jī)，主要措施有合理安裝換向極、減水電抗電勢(shì)和電樞反應(yīng)電勢(shì)國(guó)、增加換向回路的電阻(如采用分裂式電刷、高接觸電阻的電化石墨電刷)、移動(dòng)電刷等。對(duì)脈流牽引電動(dòng)機(jī)，除了上述措施外，還要采用盡量減水交流合成電勢(shì)的數(shù)值，改善交流換向電勢(shì)的相位，選擇合適的變壓器電勢(shì)，采用感應(yīng)分路等。(3)制定相應(yīng)制度，加強(qiáng)乘務(wù)員對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)的日常維護(hù)和保養(yǎng)。要求乘務(wù)員日常對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢查和處理。查看換向器工作表面的氧化膜色澤是否良好，如出現(xiàn)不正常的狀態(tài)或顏色，應(yīng)及時(shí)分析原因，并作相應(yīng)處理。檢查換向器表面是否有污染、毛刺、斑痕或拉傷溝紋。常用

29、干燥的壓縮空氣吹掃換向器表面；如有油污，可用浸有少量酒精或丙酮的無維抹布揩拭干凈；如有燒痕，可用 0 號(hào)玻璃砂布清擦；如有毛刺、斑痕或拉傷溝紋，可進(jìn)行刀光處理或打磨處理。檢查換向器是否偏心，換向器工作表面是否變形，如變形則應(yīng)及時(shí)報(bào)修處理。檢查是否有個(gè)別換向片或云母片凸出，如有應(yīng)及時(shí)打磨處理。檢查電刷接觸面是否光滑、是否有接觸不良或局部接觸現(xiàn)象，并作相應(yīng)正理。檢查電刷及刷盒之間的間隙是否合適，如不合適應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。測(cè)量電刷壓力是否在規(guī)定值，如不符合應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。檢查刷握裝置是否穩(wěn)固，必要時(shí)要進(jìn)行緊固處理。檢查刷架圈的定位是否準(zhǔn)確或安裝是否牢固，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整或緊固處理。經(jīng)常清掃換向片間的溝槽

30、，保持電機(jī)內(nèi)部的良好通風(fēng)。3.23.2 減少電樞電流減少電樞電流電樞電流的大小是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要確定的，不能進(jìn)行人為的限制。這里只考慮由于磁場(chǎng)削弱而引起的電樞電流的突增問題。有級(jí)磁場(chǎng)削弱過渡瞬間，會(huì)引起電樞電流的突增，而且削弱越深，電樞電流越大。因此，一方面要盡量控制磁場(chǎng)削弱不要太深，另一方面盡量采用多級(jí)或無級(jí)磁場(chǎng)削弱。由于無級(jí)磁場(chǎng)削弱是平滑過渡，不會(huì)引起電流的突增，因此建議優(yōu)先采用無級(jí)磁場(chǎng)削弱。3.33.3 改善電位特性或減小片間電壓改善電位特性或減小片間電壓(1)從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上限制換向器圓周上的電位梯度和最大片間電壓值。牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，為防止環(huán)火的產(chǎn)生，沿?fù)Q向器圓周上單位長(zhǎng)度(即電位梯度)的最大值應(yīng)小于 8090V/cm，最大片間電壓應(yīng)不超過下列極限值。當(dāng)云母片厚度為 0.8mm 時(shí)，最大片間電壓35V；當(dāng)云母片厚度為1.0mm 時(shí)，最大片間電壓3540V；當(dāng)云母片厚度為 1.2mm 時(shí)，最大片間電壓4043V；當(dāng)云母片厚度為 1.5mm 時(shí)，最大片間電壓4345V。(2) 采用適當(dāng)?shù)闹鳂O極靴形狀，如偏心氣隙、部分?jǐn)U張氣隙。這樣可以減小電樞反應(yīng)對(duì)主磁通的畸變作用，從而改善換向器的電位分布。(3)選擇適當(dāng)?shù)臉O弧系數(shù)。極弧系數(shù) a 等于極弧長(zhǎng)度與極距之比。極弧系數(shù)越小，